Графен—виновник торжества. Что же это за вещество и почему оно важно в развитии современного мира?

Этот относительно новый чудо-материал обладает уникальными свойствами и открывает широкие перспективы в век цивилизации. Самый прочный и очень лёгкий заменитель кремния, который так стремится изменить наше будущее. Именно он удостоил русских учёных Нобелевской премии. О чём речь?

Графен—виновник торжества. Что же это за вещество и почему оно важно в развитии современного мира?

 

С помощью нанотехнологий ученым удалось изготовить углеродную пластину более твердую, чем алмаз, толщина которой составляет всего один атом. Состоит она из графена. Это самый тонкий и прочный материал во всей Вселенной, который пропускает электричество намного лучше кремния компьютерных чипов.

Что же такое графен с научной точки зрения? Графен—это двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Простыми словами, этот новейший материал с уникальными свойствами, многие связывают с ним будущее всей электронной индустрии. Он прочнее стали, гибок, обладает высокой электропроводимостью, теплопроводимостью, его температура плавления находится выше 3000 грудусов, он непроницаем для большинства газов и жидкостей, при этом состоит всего из одного слоя атомов углерода.

История открытия

Первые свойства графена были упомянуты в 1947 году и имели аналогичную металлам структуру. Но только в 2004 году русскими учёными Константином Новоселовым и Андреем Геймом впервые был получен углерод в свободном состоянии. Это новое вещество и стало гениальным открытием исследователей, за которое они были удостоены Нобелевской премии. Найти этот элемент можно в карандаше. Его графитовый стержень состоит из множества слоев графена.

Устройство

 

Основными методами новейшего наноматериала являются следующие способы:

  1. Химическое перофазное охлаждение или CVD-процесс;
  2. Эпитаксиальный рост в вакууме;
  3. Механическая эксфолиация.

Самым легкодоступным из этих трёх способов является третий и осуществляется следующим образом:

  1. Специальный графит наносится на клейкую поверхность изоляционной ленты;
  2. Затем производится отделение необходимого материала, при этом нужно сгибать и разгибать основу.

При применении эпитаксильного метода:

  1. Используют тонкие кремниевые пластины, у которых поверхностный слой состоит из кабрида кремния;
  2. Дальше данный материал нагревают при высокой температуре 1000 градусов;
  3. Вследствие химической реакции осуществляется отделение атомов кремния от атомов углерода, при этом первые испаряются. На пластинке остаётся графен в чистом виде.

Наиболее простым и надёжным способом, который применяется для массового производства графена, является CVD-процесс. Данный метод представляет собой способ, при котором протекает химическая реакция между углеводородными газами и металлическим покрытием-катализатором.

Применение Графена

 

  • При механическом отслаивании графен применяется для исследований;
  • При химическом отслаивании графена и оксида графена материал применяется для создания композитных материалов, покрытий, красок, чернил, биоприложений, конденсаторов, прозрачных проводящих слоёв.
  • При методе CVD графен применяется для создания наноэлектроники, фотоники, биоприложений, сенсоров, прозрачных проводящих слоёв.
  • Для создания электронных устройств, высокочастотных транзисторов и других устройств.

Почему графен с уверенностью можно назвать материалом будущего? Ответ очевиден. Он обладает рядом свойств, делающих его практически универсальным и применимым в совершено любой сфере производства. На сегодняшний день на исследование свойств не до конца изведанного материала выделено около десяти миллиардов долларов на десять лет. Но даже уже сейчас поступают гениальные идеи по разработке вещей, в состав которых входит графен и которые дадут мощный толчок в развитии человечества.

Графеновая куртка спасёт от жары и холода

Совсем недавно фирма Fast Company выпустила первую в мире куртку с применением графена, который ранее для этих целей практически не использовался. Причем инновационный материал в данном случае применяется не только ради того, чтобы выделиться на фоне конкурентов, но и для согревания, охлаждения пользователя и некоторых других полезных свойств в зависимости от ситуации.

Графен в «куртке будущего» располагается «с двух сторон». С внешней стороны размещены графеновые мембраны, а подкладка создана на основе специальных трубок. Подобная конструкция позволяет отводить тепло в жаркую погоду, согревать в холода, а также уничтожать болезнетворные бактерии. При этом сама одежда получилась очень тонкой и легкой, а также крайне прочной и способной выдержать огромную нагрузку. Сама куртка окрашена в серый цвет, а изнутри покрыта слоем черного нейлона.

Обои предупредят о пожаре

Разработка огнеупорных неорганических обоев с применением графена привела многих в восторг. В состав таких обоев входят нити гидроксиапатита и особые термодатчики. Именно они и предупреждают о возникшем пожаре. Время отклика таких датчиков составляет всего 2 секунды, и сохраняют работоспособность они более 5 минут, а это очень и очень хороший результат.

Графеновый фильтр, способный очистить даже морскую воду

Австралийская команда ученых представила дешевый метод фильтрации воды (даже морской) на основе одной из разновидностей графена — материала, получившего название GraphAir.

В отличие от обычного графена, который получают в результате энергоемкого химического процесса, GraphAir изготавливается из соевого масла, недорогого и возобновляемого материала, из которого ученые могут получать тонкие графеновые пленки. Эта «соевая графеновая пленка» имеет микроскопические наноканалы. В ходе очистки жидкость проходит через них и очищается от загрязнений. Ученые сообщают, что их материал способен на 100 процентов отфильтровывать содержащиеся в жидкости соли, а также другие загрязнения бытового происхождения.

Конечно же графеновые аккумуляторы, которые зарядят ваш телефон за 5 минут.

 

Как заявляет один из сотрудников Elecjet Уэйд Лам,

«Ключевой особенностью проекта является аккумуляторная батарея на основе графена, производимая нашим партнером CellsX, который уже 13 лет специализируется на производстве композитных батарей на основе графена. Графен обеспечивает сверхбыструю зарядку ваших устройств. Аккумулятор может полностью зарядить ваш девайс, пока вы пьете кофе, кроме того, у вас в кармане также всегда будет находиться розетка для ноутбука».

А как же без них?

После всех вышеперечисленных достоинств полезнейшего графена можно подумать, что недостатки на его фоне могут показаться незначительными. И это именно так. Рассмотрим:

  • На данный момент трудно получать графен большой площади в промышненных масштабах с заданными высоко-химическими характеристиками. Удаётся получить лишь его небольшие по размерам листы.
  • Промышленный графен по своим свойствам в большинстве случаев проигрывает экземплярам, которые получены в научных лабораториях. Поэтому достичь аналогичных характеристик при применении промышленных средств на данный момент не удаётся, несмотря на совершенствование технологий.
  • Производство требует больших затрат, что ограничивает его применение.

Все эти трудности, вероятней всего, преодолимы в дальнейшем.

Оцените статьюОцените статью
Очень плохоПлохоУдовлетворительноХорошоОтлично (3 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
Расскажите друзьям о статье:
avatar